Astronomiya

TRAPPIST-1-in ətrafında dövr edən bir qaz nəhəngi varmı?

TRAPPIST-1-in ətrafında dövr edən bir qaz nəhəngi varmı?

Bu planetlərdən başqa astronomların bu sistemdə Yupiter kimi bir qaz planetini kəşf etdiyini və bu planetlərdə Yupiter kimi bir kometa qoruyucusu olmadan dünya mövcud ola biləcəyini bilmək istərdim.


Belə bir planetin kəşf edildiyi elan edilməyib. Kağız yalnız 7 (həqiqətən 6-sı, çünki 7-si rəsmi olaraq yalnız 1 müşahidə ilə təsdiqlənə bilməyəcəyi üçün) yerüstü planetlərə dair dəlillər göstərir və başqa heç bir planet üçün iddia etmir. Kağız daha çox planetin mövcud ola biləcəyini göstərmir, əksinə bəzi məlumatlarında böyük bir səhv çubuğunun olduğunu və bu səbəbdən qeyri-müəyyənliyə yer verdiyini qeyd edir.

Nəticədə, bu sistemdə mövcud olan bir qaz nəhəngini bir neçə səbəbdən keçə biləcəyimizi düşünürəm.

  • Bir qaz nəhəngi səbəbindən tranzit vaxtı dəyişikliyini görmürük. Bir qaz nəhəngi daxili 7 planetdə nəzərəçarpan cazibə təsirlərinə sahib olardı və biz bu təsiri daxili planetlərin orbital dövrlərindəki kiçik dəyişikliklərlə görərik. Kağızın müəllifləri tranzit vaxtı dəyişikliyini gördülər, lakin bütün dəyişiklikləri yalnız 7 planetin cazibə qüvvəsi təsirləri ilə izah edə bildilər. Dediklərini izah etmək üçün heç vaxt 8-ci görünməmiş bir planet çağırmaq məcburiyyətində qalmadılar.
  • Belə bir (asanlıqla aşkar edilə bilən) bir tranziti müşahidə etmirik. Bu planetin tranzitini görməməyimizin yalnız iki səbəbi var. Ya qaz nəhəngi planetlərin qalan hissəsindən fərqli bir müstəvidə dövr edir (bunlar müəlliflərin də işarə etdiyi kimi eyni təyyarəyə olduqca yaxındır), yoxsa orbital dövr bu qədər uzundur, heç vaxt heç kim tərəfindən tutulmamışdır. əvvəlki müşahidələrin (bir neçə ili əhatə edən). Heç bir vəziyyətin baş vermə ehtimalı görünmür.
  • Mərkəzi ulduzun kütləsi Günəş kütləsinin yalnız 8% -ni təşkil edir. Kiçik ulduzlar daha kiçik planetlər meydana gətirməyə meyllidir. Qaz nəhənglərinin ilk növbədə maddi çatışmazlığı səbəbindən kiçik ulduzlar ətrafında meydana gəlməsi həqiqətən çətindir. Planet meydana gəlməsi haqqında anladığımıza görə, bir qaz nəhənginin hətta bu ulduz ətrafında meydana gəlmə ehtimalı olduqca azdır.

Əlbətdə ki, yalnız davamlı müşahidələr bizi həqiqətən qaz nəhənginin olmadığına inandıra biləcəkdir.

Bu planetlərdə Yupiterin Yer üçün yaratdığı kimi bir kometa qoruyucusu olmadan həyat mövcud ola bilərmi?

Bu çox yaxşı bir sualdır. Cavabının məncə, əmin ola bilmərik. Yupiter kometlərin çobanlığı və Yer kürəsini qorumaq üçün böyük bir iş görür. Çox güman ki, bu sistem planetləri daim bombalayan kometalarla doludur. Lakin, bu tapmacanın yalnız kiçik bir hissəsidir. Ayımız bizi qorumaqda da fövqəladə bir iş görür.

Düşünürəm ki, bu planetlərə gəldikdə, həyatın mövcud olub-olmayacağına dair əsas narahatlığınız mərkəzi ulduzdur. Az kütləli, ultra sərin bir cırtdan ulduzdur. Bu ulduzlar, ümumiyyətlə sakit Günəşdən daha çox, çox uçucu olma meylinə sahibdirlər. Bu o deməkdir ki, bu planetlərin bizdən daha çox radiasiya alacağı və daha çox günəş fırtınasına məruz qalacağı ehtimal olunur. Bundan əlavə, bu planetlər TRAPPIST-1-ə o qədər yaxındır ki, hamısı yığcam şəkildə kilidlənib - bir üz həmişə ulduza, biri daima uzaqda. Bu, bir tərəfi misilsiz dərəcədə isti, digər tərəfini isə qeyri-mümkün dərəcədə soyuq edə bilər. Belə bir planetdəki iqlim / hava, ehtimal ki, həyat üçün əlverişsiz olacaq (amma kim bunu dəqiq bilir). Gelgit kilidlənməsi potensial olaraq yaxşı ola bilər, çünki yalnız xarici tərəfə baxan tərəfin ümumiyyətlə kometlər vuracağını və bununla da Günəşə baxan tərəfdəki hər hansı bir həyatı qoruyacağını bildirir (o tərəfdə çox isti olmadığını düşünsək).


Ulduz ətrafında kəşf edilən ilk üç planetdəki kağız, planetlərin kütlələrinə hələ möhkəm məhdudiyyətlər qoyulmasa da,

Planetar termal təkamül modellərinin nəticələri - və erkən yaşlarında kiçik kütləli ulduzların18 həddindən artıq ultrabənövşəyi (1−1,000 Å) yayılması - bu kiçik planetlərin hidrogen və / və ya helium qazlarından ibarət qalın zərflərə sahib olmasını mümkünsüz edir.

TRAPPIST-1h xaricindəki planetlərə dair bir dəlil yoxdur.

Sistemin təkamül tarixi bəlli deyil. TRAPPIST-1 kimi ulduzların - "ultracool cırtdanları" adlandırdıqları - ətraflarında qayalı planetlərin ola biləcəyi düşünülür, ancaq don xəttinin kənarında, uçucuların mövcud olduğu bölgədə meydana gəlməli idi. Daha sonra orbital rezonanslara düşərək içəriyə köç edərdilər. Hər hansı bir ehtimal qaz nəhənginin belə bir təkamülə uyğun bir orbital tarixə sahib olması lazımdır.

Astronomlar sistemdəki başqa heç bir cisim müşahidə etmədilər - ekzomonlar və ya ekzokometlər daxil olmaqla - sistemdə hansı kiçik cisimlərin ola biləcəyi və bu sayədə həyatı planetlərdə necə təsir edə biləcəyi barədə yaxşı bir fikrimiz yoxdur.


Komanda planetləri aşkar etmək üçün tranzit vaxtı dəyişikliyi (TTV) metodundan istifadə etdi. Əslində, sistemdə başqa planetlərin olub olmadığını anlamaq üçün planetlərin keçişində narahatlıq axtarır. Daha sonra nəticələri çoxaltmağa cəhd edən modellər yaradıla bilər. 6 planet üçün məlumatları olan 6 planet modeli olduğunu təsbit etdilər; yeddinci planet - zəif məhdud məlumatlarla - hələ də ardıcıl olaraq daxil edilə bilər.

Bununla birlikdə, qeyri-sabitlik problemləri var. Bir milyon il ərzində sistemin qeyri-sabitlik ehtimalı% 25 olduğunu müəyyənləşdirdilər; bir milyard ildən artıq bir il var 8.1% çox az və ya heç bir dəyişiklik olmadan sağ qalma şansı. Başqa sözlə, sistemlər uzun müddət xüsusilə sabit deyil və bir qaz nəhənginin bunun içərisində necə oynaya biləcəyi məlum olur.

Əgər bir qaz nəhəngi var, planetlərlə qarşılıqlı əlaqədə ola bilər və sistemi daha da xaraba ata bilər, yəni sistemin əsrində 500 milyon il belə yaşamaq çətin olardı. Planetlərin, ehtimal ki, don xəttindən kənarda meydana gəldiklərini və qaz nəhənginin meydana gəldiyi yerə yaxın olacağını da əlavə edin və fəlakət üçün bir reseptiniz var.

Bununla birlikdə, müəlliflər bir çox orbital parametrlər və kütlələr üzərində zəif məhdudiyyətlərin olduğunu qeyd edirlər və bu belədir mümkündür bir və ya daha çox planetin sistemi sabitləşdirə biləcəyi. Ancaq narahat edən başqa bir şey görmədilər və bir qaz nəhənginin TTV metodu ilə özünü göstərmək şansı çox olacaqdı.


TRAPPIST-1f

TRAPPIST-1f, başqa adla 2MASS J23062928-0502285 f, Dolça bürcündə Dünyadan təxminən 39 işıq ili (12 parsek) uzaqlıqda yerləşən ultra soyuq cırtdan ulduz TRAPPIST-1 ətrafında dövr edən bir yerdən kənar planetdir. Çox güman ki, qayalıqdır, lakin çox yüksək təzyiq və temperaturda kütləvi su buxarlı qaz zərfinin altında

Spitzer Kosmik Teleskopunun müşahidələrindən istifadə edərək ulduzun ətrafında fırlanan dörd yeni ekzoplanetdən biri idi.


TRAPPIST-1-in qaz nəhənglərinə də sahib ola biləcəyi yeni araşdırma iddiaları

2017-ci ilin fevralında NASA alimləri TRAPPIST-1 ulduz sistemi daxilində yer üzündə (yəni qayalı) yeddi planetin olduğunu elan etdilər. O vaxtdan bəri sistem, bu planetlərin hər hansı birinin yaşayış üçün yararlı olub olmadığını müəyyənləşdirmək üçün sıx araşdırmaların mərkəz nöqtəsi olmuşdur. Eyni zamanda, astronomlar bütün sistem & # 8217s planetlərinin həqiqətən hesablandığını düşünürlər.

Məsələn, qaya planetləri olan (məsələn, bizimkilər) bir çox digər sistemin etdiyi kimi bu sistemin də xarici hissəsində qaz nəhəngləri gizlənə bilərmi? Bu, Carnegie Elm İnstitutunun tədqiqatçılarının rəhbərlik etdiyi bir alim qrupunun son bir araşdırmada həll etmək istədiyi sual idi. Onların tapıntılarına görə, TRAPPIST-1, yeddi qayalı planetdən daha çox məsafədə qaz nəhəngləri tərəfindən orbitdə ola bilər.

TRAPPIST-1 Planet Sistemindəki Uzun Dövrlü Qaz Nəhəng Planetlərin Kütlələrindəki Astrometrik Kısıtlamalar & # 8220 adlı bir iş bu yaxınlarda ortaya çıxdı. Astronomiya jurnalı. Araşdırmalarında göstərdikləri kimi, qrup TRAPPIST-1-in beş il ərzində (2011-2016-cı illər arasında) Çilidəki Las Campanas Rəsədxanasında du Pont teleskopundan istifadə edərək apardığı təqib müşahidələrinə əsaslanırdı.

Bu müşahidələrdən istifadə edərək, TRAPPIST-1-in sistemin xarici axınlarında dövr edən daha əvvəl aşkarlanmamış qaz nəhənglərinə sahib olub olmadığını müəyyənləşdirməyə çalışdılar. Dr. Alan Boss & Carnegie İnstitutunun Yer Maqnetizmi Bölümü ilə bir astrofizik və planetar elm adamı və kağızdakı aparıcı müəllif kimi bir Carnegie mətbuat açıqlamasında belə izah etdi:

“Dünyadakı planetləri və super Dünyaları əhatə edən bir sıra digər ulduz sistemləri də ən azı bir qaz nəhənginə ev sahibliyi edir. Beləliklə, bu yeddi planetin daha uzun müddətli orbitləri olan qaz nəhəng qardaşlarına sahib olub olmadığını soruşmaq vacib bir sualdır. ”

Boss, illərdir ki, tədqiqatın həmmüəllifləri ilə ekzoplanet ovçuluq anketini aparır & # 8211 Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. & # 8211 kimi tanınan Carnegie Astrometric Planet Search. Bu sorğu, du Pont teleskopunda astrometrik metoddan istifadə edərək xarici ekstremal planetləri axtaran bir alət olan Carnegie Astrometric Planet Search Camera-ya (CAPSCam) əsaslanır.

Bu dolayı ekzoplanet ovu metodu, sistemin kütlə mərkəzi ətrafında olan ana qonaq ulduzun sarsıntılarını ölçərək bir ulduz ətrafında planetlərin mövcudluğunu müəyyənləşdirir (aka. Barycenter). CAPSCam-dan istifadə edərək, Boss və həmkarları, sistemdə dövr edən potensial qaz nəhəngləri üçün yuxarı kütlə hədlərini təyin etmək üçün TRAPPIST-1-in bir neçə illik müşahidələrinə istinad etdilər.

Buradan 4.6 Yupiter Kütləsinə qədər olan planetlərin bir il müddətində ulduzun ətrafında dövr edə biləcəyi qənaətinə gəldilər. Bundan əlavə, 1,6 Yupiter Kütləsinə qədər olan planetlərin 5 illik dövrlərlə ulduzun ətrafında dövr edə biləcəyini tapdılar. Başqa sözlə, TRAPPIST-1-in xarici axınlarını dövr edən bəzi uzunmüddətli qaz nəhənglərinə sahib olması, uzun müddətli qaz nəhənglərinin Günəş Sistemindəki Marsın orbitindən kənarda olduğu kimi mümkündür.

TRAPPIST-1 planetlərindən üçü - TRAPPIST-1e, f və g - ulduzlarının “yaşayış zonası” adlandırılan yerlərdə yaşayırlar. CreditL NASA / JPL

Doğrudursa, bu nəhəng planetlərin mövcudluğu Günəş Sistemi və # nəhəng qaz nəhənglərinin meydana gəlməsi ilə bağlı davam edən mübahisələri həll edə bilər. Günəş Sistemi & # 8217s meydana gəlməsi (yəni Nebular Hipotezi) ilə bağlı ən çox qəbul edilən nəzəriyyəyə görə Günəş və planetlər qaz və toz dumanlığından doğuldu. Bu buludun mərkəzdə Günəşi meydana gətirən cazibə qüvvəsi çökməsindən sonra qalan toz və qaz onu əhatə edən diskə düzəldi.

Yer və digər quru planetləri (Merkuri, Venera və Mars) hamısı silikat minerallarının və metalların yığılmasından Günəşə yaxınlaşdı. Qaz nəhənglərinə gəldikdə, onların necə qurulduğuna dair bəzi rəqabət edən nəzəriyyələr var. Core Accretion nəzəriyyəsi olaraq bilinən bir ssenaridə, qaz nəhəngləri, ətrafdakı bir qazı cəlb etmək üçün kifayət qədər böyüyən qatı materiallardan (möhkəm bir nüvə əmələ gətirərək) yığmağa başladılar.

Diskin Qeyri-sabitliyi nəzəriyyəsi kimi tanınan rəqib bir açıqlama, qaz və toz diskinin spiral qol əmələ gəlməsi (qalaktikaya bənzər) meydana gəldikləri zaman meydana gəldiklərini iddia edir. Bu qollar daha sonra kütlə və sıxlıqda artmağa başladı və sürətlə birləşərək körpə qaz nəhənglərini meydana gətirdi. Hesablama modellərindən istifadə edərək, Boss və həmkarları, qaz nəhənglərinin TRAPPIST-1 kimi aşağı kütləli bir ulduz ətrafında meydana gələ biləcəyini öyrənmək üçün hər iki nəzəriyyəni nəzərdən keçirdilər.

Core Accretion ehtimalı olmasa da, Disk Stabilite nəzəriyyəsi qaz nəhənglərinin TRAPPIST-1 və digər az kütləli qırmızı cırtdan ulduzlar ətrafında meydana gələ biləcəyini göstərdi. Beləliklə, bu iş qaya planetlərinə sahib olduğu bilinən qırmızı cırtdan ulduz sistemlərində qaz nəhənglərinin mövcudluğu üçün nəzəri bir çərçivə təmin edir. Son zamanlarda qırmızı cırtdanların ətrafında dövr edən qayalıq planetlərin tapıldığını nəzərə alsaq, bu, ekzoplanet ovçuları üçün cəsarətləndirici bir xəbərdir.

TRAPPIST-1 xaricində bunlara Günəş Sisteminə ən yaxın ekzoplanet (Proxima b) və LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b və Gliese 682c daxildir. Ancaq Bossun da qeyd etdiyi kimi, bu tədqiqat hələ başlanğıc mərhələsindədir və bir şeyin qəti şəkildə söylənilməsindən əvvəl daha çox araşdırma və müzakirə aparılmalıdır. Xoşbəxtlikdən, bu kimi işlər bu cür araşdırmalara və müzakirələrə qapı açmağa kömək edir.

"TRAPPIST-1 ətrafındakı uzun müddətli orbitlərdə tapılan qaz nəhəng planetləri əsas yığılma nəzəriyyəsinə meydan oxuya bilər, lakin mütləq disk sabitliyi nəzəriyyəsinə deyil & # 8221 dedi. & # 8220Burada oxuduğumuz uzun müddətli orbitlər və bilinən yeddi TRAPPIST-1 planetinin çox qısa orbitləri arasında daha çox araşdırma üçün çox yer var. & # 8221

Boss və komandası, CAPSCam ilə davamlı müşahidələrin və məlumat analiz boru kəmərindəki əlavə dəqiqləşdirmələrin ya uzunmüddətli planetləri aşkar edəcəyini, ya da onların kütlə hüdudlarına daha sərt bir məhdudiyyət qoyacağını iddia edirlər. Əlbətdə ki, James Webb Space Teleskopu kimi yeni nəsil infraqırmızı teleskopların yerləşdirilməsi qırmızı cırtdan ulduzların ətrafında qaz nəhənglərinin ovlanmasına kömək edəcəkdir.


TRAPPIST-1 Sistemi qaz nəhəngini gizlədirmi?

Bu ilin əvvəlində bir qrup astronom, yaxınlıqdakı bir ulduz olan TRAPPIST-1-in ətrafında dövr edən Yerə bənzər yeddi planet kəşf etdi. Bu yeddi planet, dünyadakı həyatı axtarmaq üçün yaxşı bir yer ola bilər, xüsusən də üçü ulduzların yaşana biləcəyi bölgədədir. Ancaq TRAPPIST-1 sisteminin bütün özünəməxsus xüsusiyyətləri üçün, tədqiq etdiyimiz bütün digər planet sistemlərinin göründüyü bir şey - bir qaz nəhəngi.

Günəş sistemimizin bir neçə böyük qaz nəhəngi var və mənzərəli planetlərin ən azı birinə sahib olduğu görünən demək olar ki, hər digər ulduz sistemi var. Ancaq bu günə qədər TRAPPIST-1-in ətrafında bir dənə də olsun dönməmişik. Bir qaz nəhənginin olmaması, sistemdəki böyük planetlərin qəribə bir şəkildə görünməməsini və ya TRAPPIST-1 sistemində qaz nəhənglərinin meydana gəlməsini əngəlləyən bəzi proseslərin olduğunu göstərir.

Carnegie Science Institute-un bir qrup astronomu TRAPPIST-1-in bir qaz nəhənginə sahib olub olmadığını öyrənmək üçün çalışır. Hər iki halda da, bu müddətdə öz günəş sistemimiz haqqında bir şey öyrənəcəyik.

& # 34Dünya boyu planetləri və super Dünyaları əhatə edən bir sıra başqa ulduz sistemləri də ən az bir qaz nəhənginə ev sahibliyi edir. & # 34 baş müəllif Alan Boss dedi. & # 34Beləliklə, bu yeddi planetin daha uzun müddətli orbitləri olan qaz nəhəng qardaşlarına sahib olub olmadığını soruşmaq vacib bir sualdır. & # 34

Astronomlar, qaz nəhənginin varlığını aşkarlamaq üçün TRAPPIST-1-i tədqiq etmək üçün Carnegie Institution & # 39s du Pont teleskopundan istifadə etdilər. Bunları tapmadıqları halda, artıq TRAPPIST-1-in bir qaz nəhəngi varsa, 1 il orbitdə olsaydı, Yupiterin kütləsinin 4.6 qatından az və ya Yupiterin 1.6 qatından az olduğunu bilirlər. 5 illik bir orbitdə olduqda # 39s kütləsi.

Astronomlar onsuz da bir qaz nəhəngi olmaq üçün bir planetin nə qədər böyük olması lazım olduğunu bilirlər, yəni nə axtardığımızı dəqiq bilirik. Carnegie astronomları daha güclü bir teleskopun suala qəti cavab verəcəyinə ümid edirlər. Bir qaz nəhəngi tapmağı bacarsalar, öz günəş sistemimizdəki qaz nəhənglərinin necə meydana gəldiyi haqqında daha çox məlumat verə bilər.

Hal hazırda alimlər Yupiter və Saturn kimi planetlərin ilk dəfə necə meydana gəldiyinə dair iki mümkün nəzəriyyə hazırlamışlar. İlk deyilən nüvələrin yığılma nəzəriyyəsi, qaz nəhənglərinin əvvəlcə Günəş sisteminin qazının çox hissəsini cəlb edəcək qədər böyük bir qayalıq nüvəsi meydana gətirdiyini bildirir. Rəqib olan nəzəriyyə-disk qeyri-sabitlik nəzəriyyəsi, ulduzumuzun ətrafında dövr edən qaz diskinin spiral qollar meydana gətirdiyi zaman meydana gəldiyini və möhkəm bir nüvəyə ehtiyac duymadan planetlərə yıxıldığını iddia edir.

Hansı nəzəriyyənin doğru olduğunu söyləmək çətindir, ancaq bunlardan yalnız biri - diskdəki qeyri-sabitlik TRAPPIST-1-in öz qaz nəhənglərinə sahib olacağını proqnozlaşdırır. Sonda TRAPPIST-1-in ətrafında bir qaz nəhəngi tapsaq, əsas yığılma nəzəriyyələrinin sonunu yaza bilər. Digər tərəfdən, TRAPPIST bir qaz nəhəngini itirirsə, əsas yığılmanın doğru ola biləcəyinə dair daha çox sübutdur.

Hər iki halda da, yer üzündən kənar həyat TRAPPIST-1 sistemində tapa bildiyimiz yeganə maraqlı şey deyil.


"Duz və istiot"

2016-cı ildə Çilinin Tranzit Planetlər və Planetesimals Kiçik Teleskopunun (TRAPPIST) astronomları, zəif ulduz TRAPPIST-1 ətrafında üç planet aşkarladıqlarını elan etdilər. Bir il ərzində daha dörd dünya kəşf edildi və cəmi yeddiyə çatdı. Planetlərin hamısı ulduzlarının yaşana biləcəyi zonada, maye suyun bir planet səthində dayana biləcəyi bölgədədir. Dünyadan yalnız 40 işıq ili uzaqlıqda olan TRAPPIST-1, bir ulduzun yerləşə biləcəyi zonada yerləşdiyi bilinən ən çox planetə sahibdir.

TRAPPIST-1 g dünyadakıların ən böyüyüdür və təxminlərə görə onu Yerin kütləsindən 1,1 dəfə çox yerləşdirir.

Planetlər qaz nəhəngi olsaydı, orijinal, hidrogen baxımından zəngin atmosferini qoruyacaqdı. Bunun əksinə olaraq, qayalı aləmlərin atmosferini dəyişdirmək gücü var. Karbon hərəkəti, inkişaf edən atmosferdə əsas rol oynaya bilər. Əriyən mantiya maqması səthin altındakı karbonu tutur. Maqma səthə doğru irəlilədikdə azalmış təzyiq karbonun qaz şəklində çıxmasına imkan verir. Yer üzündə tələyə düşən karbonat, günəşdən gələn istilikləri tutaraq planetimizin daha isti böyüməsini təmin edən bir istixana qazı olan karbon dioksid olaraq sərbəst buraxılır. Keçmiş tədqiqatlar göstərir ki, Mars və Ay kimi aləmlər digər elementlərin yanında karbonla zəngin materialı da tutaraq atmosferə qaz halında buraxa bilər.

Qırmızı cırtdanlar olaraq da bilinən TRAPPIST-1 kimi M cırtdanlar qalaktikadakı ən çox ulduz populyasiyasını təşkil edir. Bəzi tədqiqatlar hər dörd ulduzdan üçünün M cırtdanı ola biləcəyini göstərir. Uzun ömürlü ulduzlar günəşə bənzər ulduzlardan daha soyuq və qaranlıqdır, eyni zamanda planetlərini güclü alovlar və püskürmələr tərəfindən dağılan radiasiyada istifadə edərək inanılmaz dərəcədə aktivdirlər. [Ulduz tiplərini ayrıca necə izah etmək olar (Infoqrafik)]

Onların sərin temperaturları da həyat axtarışında problemlər yarada bilər. Kiçik kütləli M cırtdanlar, ən böyük planetlərə bənzər atmosferdəki buludlarla və hətta su buxarları ilə öyünə bilər. Bu molekullar, onların ətrafında fırlanan aləmlərin atmosferini öyrənməyə çalışan astronomlar üçün yanlış siqnallar yarada bilər.

Bir planet öz ulduzu ilə Yer arasından keçərkən, astronomlar planetlərin atmosferinin bəzi sirlərini açmaq üçün səmalarında axan işığı öyrənə bilərlər. Su molekullarını daşıdıqları üçün M cırtdanlar prosesi daha çətinləşdirə bilər, suyun varlığına işarə edən siqnalların planetdən və ya ulduzdan gəldiyini müəyyənləşdirmək çətin ola bilər.

Wakeford, "Ulduzun içində bu xüsusiyyətlər olduğu üçün, etdiyiniz ölçmələr deməkdir, ölçdüyünüz ulduz olmadığına yüzdə 100 əmin ola bilməzsiniz" dedi. "Ulduzun bu planetlərdə varlığını və təsirini istisna etməlisiniz."

Çaşqınlığı düzəltməyə kömək etmək üçün Wakeford və həmkarları ulduz çirklənməsini aradan qaldırmaq üçün bir metod hazırladılar. Əvvəlcə ulduzun temperaturunun fərqli yerlərdə necə dəyişdiyini araşdıraraq TRAPPİST-1 üzərində dərin bir iş apardılar.

Wakeford, "Ulduzun özü üç müxtəlif temperatur qarışığıdır" dedi. Ümumiyyətlə, ulduz nisbətən sərindir, üçdə biri 2.726 Selsi (4.940 Fahrenheit) dərəcədə isti olan ləkələrlə örtülmüşdür. Ulduzun yüzdə 3-dən az hissəsi 5.526 C (9.980 F) temperaturda olduqca isti nöqtələrlə örtülmüşdür.

TRAPPIST-1-in Wakeford-un dediyi ulduz ləkələri ilə örtülü olması günəşimizdə tapılanlardan daha kiçik və qaranlıq olduğundan.

"[Ləkələrin] paylanması duz və istiot & mdash kimidir, sadəcə hər yerdə görüldü və bərabər paylandı" dedi Wakeford.

Astronomlar ulduzu Yerlə Yer arasından keçən bir sistem olaraq fərdi bir planet olaraq araşdıraraq ulduzdan gələn temperaturun necə dəyişdiyini araşdırmağı bacardılar.

Wakeford, "Planeti əslində ulduzun istilik xüsusiyyətlərini araşdıran bir vasitə olaraq istifadə edə bilərik" dedi.

Əlindəki bu məlumatla astronomlar daha sonra ulduzdan gələn molekulyar siqnalları hesaba gətirə biləcəklərinə əmin olaraq planetin atmosferini araşdırdılar. G ətrafında havanın geoloji və atmosfer prosesləri ilə dəyişdirildiyi qayalı bir dünya deyil, bir qaz nəhəngi olduğu ehtimalını irəli sürən böyük, şişkin hidrogen atmosferini istisna edə bildilər.

"Bu, həqiqətən bu planetin əsl quru təbiətinə gətirib çıxarır" dedi Wakeford.

Ekip, ölçmələrindən istifadə edərək planetin radiusunu Yer radiusunun 1.124 qatında hesablayaraq planetimizdən bir qədər aşağı bir sıxlıq qazandı. Bu, TRAPPIST-1 g-yə tam uyğundur: Qayalı bir dünya.

Planetlərdən altısı kənarda qaldıqda, astronomlar diqqətlərini yeddinci və son obyekt olan TRAPPIST-1 saata yönəltməyi ümid edirlər. Planeti 2019-cu ilin yayında öyrənməyi planlaşdırırlar.

Wakeford, "Bu metodu təkrar tətbiq etmək, yalnız planetin nədən ibarət olduğunu görmək deyil, həm də ulduzun bu planetə necə dəyişdiyini və necə təsir etdiyini görmək üçün çox həyəcanlı olacaq" dedi.

Bundan əlavə, TRAPPIST-1-dən su buxarının çirklənməsini ayırmaq üçün inkişaf etdirdikləri proses digər M cırtdanlarının müşahidələrinə də tətbiq oluna bilər.


TRAPPIST-1 sistemi bəzi qaz nəhənglərini gizlədirmi?

Torpaq qıran TRAPPIST-1 sisteminin, maye su və dolayısı ilə həyatı ehtiva edə bilən yer boyu yeddi planetə sahib olduğu bilinir. Ancaq Günəş Sisteminin bəzi daha böyük göy cisimlərini, yəni ulduzun ətrafında mövcud olan qayalı peyklərdən daha çox məsafədə dövr edən qaz nəhənglərini gizlətməsi də mümkündür.

"Astronomical Journal" da yayımlanan yeni bir araşdırmanın ilk müəllifi Alan Boss, "Yer ölçülü planetləri və super Dünyaları əhatə edən bir sıra ulduz sistemləri də ən azı bir qaz nəhənginə ev sahibliyi edir" dedi. TRAPPIST-1 sistemində mövcuddur. "Beləliklə, bu yeddi planetin daha uzun müddətli orbitləri olan qaz nəhəng qardaşlarına sahib olub olmadığını soruşmaq vacib bir sualdır."

Bir ulduzun planetlərin ətrafında döndüyünü və ya etmədiyini müəyyənləşdirməyin ən asan yolu, göy cismindən gələn işığın peykin önündən keçərkən batdığını və ya yazmadığını qeyd etməkdir. Tədqiqatçılar ilk olaraq TRAPPIST-1 orbitini tanıdığımız yeddi Yer boyu planetin varlığını belə müəyyən edə bildilər.

Ancaq ulduzun ətrafında dövr edən qaz nəhəngləri olsaydı, orbitləri TRAPPIST-1-in qarşısından keçməyəcək qədər geniş və ya elə bir açıda ola bilər və bu da işığın zəif qaranlığı ilə heç vaxt aşkar olunmazdı.

Başqa bir yol da ulduzun özünə baxmaq və oxunda nə qədər yırğalandığını görməkdir. Qaz nəhəngləri kimi böyük planetlərin nəhəng kütlələri və dolayısı ilə bir az titrəyərək orbitindəki ulduz üzərində təsir göstərə bilən böyük bir cazibə qüvvəsi var. TRAPPIST-1 sistemində belə bir qaz nəhənginin əldə edə biləcəyi kütlənin yuxarı həddini hesablayaraq və sarsıntı ilə müqayisə edərək tədqiqatçılar, Yupiterin bir illik orbit ilə kütləsindən 4.6 qat daha böyük və daha böyük bir planet olmadığını yoxladılar. beş illik orbitlə Jupiter kütləsinin 1,6 qatından çoxdur.

Bu, bir planetin bir ulduz ətrafında dövr etməsi üçün inanılmaz dərəcədə qısa bir müddət kimi görünə bilər, xüsusən də Yupiterin Günəşi dövr etməsi üçün tam 12 il lazım olduğunu düşünsəniz də, TRAPPIST-1 sistemi baxımından nisbətən nisbətən danışmaq belədir. Hamısı Merkuri ilə müqayisədə ultra sərin cırtdan ulduzuna yaxın olan yeddi bilinən planet, tək bir orbiti tamamlamaq üçün yalnız 1,5 ilə 19 gün çəkir.

Tədqiqatçılar bəzi qaz nəhənglərinin potensial mövcudluğunu istisna etməyi bacarmış olsalar da, digərlərinin hələ də mövcud olma ehtimalı xaricində deyil və mövcud olduqları təqdirdə qazlı nəhənglərimizin özümüzdə necə qurulduğuna bir az aydınlıq gətirə bilər. arxa bağ.


Qaz Nəhəngləri və TRAPPİST-1 haqqında

TRAPPIST-1 ətrafındakı yeddi planetin yetərli olacağını düşünürdünüz, amma Alan Boss və Carnegie Institute for Science-dəki həmkarları bu sistemdə bir və ya daha çox qaz nəhənginin olub-olmayacağını soruşurlar. Planet meydana gəlməsi haqqında daha çox şey öyrənmək istəyi ilə verilən bir nəzəri sualdır, çünki burada qaz nəhənglərini tapa bilsək, Boss tərəfindən dəstəklənən bir qaz nəhəngi forması modelinə etibar verər. Komanda indi burada gizlənə biləcək hər hansı bir qaz nəhənginin kütləsinə məhdudiyyətlər qoydu və bu, daha çox araşdırma üçün bir başlanğıc idi.

The əsas yığılma model, dünyamız kimi planetlərin yaradılmasının bir yolu kimi geniş qəbul edilir. Burada gənc bir ulduzu əhatə edən qaz və toz diski, kiçik hissəciklər bir-birinə yığışmağa başlayarkən yavaş-yavaş planetesimal hala gəlməkdə və toqquşmalar və digər qarşılıqlı təsirlər nəticəsində çoxlu qalıq zibil ilə birlikdə planetləri birləşdirərək yavaş yavaş yığılma göstərir.

Əsas yığılma modelləşdirilə bilər və digər körpə planet sistemlərində gördüklərimizə uyğundur, ancaq qaz nəhəngləri suallar verməkdə davam edir. Bir qaz nəhənginin bu şəkildə meydana gəlməsi üçün, ətrafdakı qazın sıx zərfini cəlb etmək üçün tədricən kifayət qədər kütlə qazanan möhkəm bir nüvə kimi toplanmalıdır. Bunun bir problemi odur ki, nüvənin yığılması üçün lazım olan uzun müddətdə qazlı disk də tükənir. Nisbətən sürətlə meydana gəlmədikləri təqdirdə, hansı əsas yığılma istisna olunur, qaz nəhəngləri bu qədər sıx atmosfer yaratmağı necə bacarar?

Bossun çoxdan bəri dəstəklədiyi nəzəriyyə adlı bir müddət olduğunu düşünür disk qeyri-sabitliyi burada ulduz diski qalaktikanın spiral qolları kimi bir forma almağa başlayır. Kütlə və sıxlıq artaraq, bu şəkildə meydana gələn ən böyük yığınlar nisbətən qısa zaman ölçüsündə birləşərək qaz nəhənglərinə çevriləcəkdir. 2009-cu il kitabında diskdəki qeyri-sabitliyi necə izah edir Sıxlıqlı Kainat:

Qaz nəhəng planetlərində olan kütlənin böyük bir hissəsi hidrogen və helyum qazıdır, yalnız kiçik bir hissəsi quru planetlərinin əsas hissəsini təşkil edən dəmir və silikat qayalardan meydana gəlir. Bu qayalar Dünya kimi bir planet meydana gətirmək üçün vaxt ayıra bilər, ancaq qaz nəhəng planetlərin meydana gəlməsi üçün lazım olan qazın gənc ulduzlardan bir neçə milyon il və ya daha az zaman ölçeğinde yox olduğu bilinir. Beləliklə, bir qaz nəhəngi bir planet meydana gələcəksə, planet quran diskin qazı, qaranlıq gənc protostar tərəfindən yeyilmək və küləklər və şüalanma nəticəsində kosmosa geri atılmaqla birləşmədən əvvəl yox olmalıdır. protostar və ya digər yaxınlıqdakı gənc ulduzlar.

Bütün bunlar sürətli bir qaz nəhəngi formalaşma müddətini tələb edir. TRAPPIST-1, kütləsi Günəşdən on iki dəfə aşağı, kiçik kütləli bir ulduz olduğu üçün işə başlayır. Bir və ya iki qaz nəhəngi istehsal edə bilsə, sistemin onu necə istehsal edə biləcəyini izah etmək əsas yükləmə modelində olacaqdır. Boss, diskdəki qeyri-sabitliyin cavab verəcəyinə inanır. Proxima Centauri b kəşfçisi Guillem Anglada-Escudé'nin də daxil olduğu komandası, TRAPPIST-1-i bu qədər yaxından araşdırdı ki, nəticədə qaz nəhənglərinin varlığına səslənməsinə imkan verəcək.

Şəkil: Yeddi TRAPPIST-1 planetinin hamısı öz Günəş Sistemimizin ən daxili planetimiz olan Merkuri orbitinə asanlıqla sığdı. Alan Boss və həmkarları, TRAPPIST-1 sisteminin, bilinən yeddi yerüstü planetdən daha uzun müddətli orbitlərdə qaz nəhəng planetlərini ehtiva etməsinin mümkün olub olmadığını araşdırdılar. Kredit: NASA / JPL-Caltech.

Boss və həmkarları, ulduzları səmadakı planetlərinin səbəb olduğu hərəkətdəki kiçik dəyişiklikləri görəcək qədər dəqiqliklə göydəki yerini ölçən astrometrik üsullarla araşdırdılar. Astrometriyanı etmək çətindir, lakin onun faydaları potensial olaraq böyükdür, çünki bir planetin kütləsi barədə dəqiq təxminlər verə bilər və bu, digər planet aşkarlama metodlarına meydan oxuyur. Radial sürət texnikalarından fərqli olaraq, astrometriya uzun orbital dövrlərdə planetlərdə ən yaxşı şəkildə işləyir və bu da Yupiter kimi qaz nəhənglərinin xarici sistem orbitlərində yerləşməsi üçün idealdır.

Tədqiqatçılar, TRAPPIST-1-də qaz nəhəngləri üçün üst sərhədləri təyin etmək üçün Las Campanas Rəsədxanasındakı (Çili) 2,5 metrlik du Pont teleskopuna qoşulmuş Carnegie’nin CAPSCam astrometrik kamerasından istifadə etdilər. Nəticə: Ulduzun ətrafında bir il dövrü ilə 4,6 qat kütləsi olan Yupiterin kütləsi və 5 il dövrü ilə Yupiterin 1,6 qatından daha böyük bir planet yoxdur. TRAPPIST-1 planetlərinin nə qədər sıx olduğunu nəzərə alsaq, bunlar geniş orbitlərdir və Bossun dediyi kimi “Burada oxuduğumuz uzun müddətli orbitlər və bilinən yeddi TRAPPIST-in çox qısa orbitləri arasında əlavə araşdırma üçün çox yer var. -1 planetlər. ”

Əgər TRAPPIST-1-də qaz nəhəngləri aşkarlanarsa, bu belə dünyaların yaranmasında diskdəki qeyri-sabitliyi doğruldar? Kağız məsələyə dərindən getmir:

Montet et al. (2014) Doppler və birbaşa görüntüləmə nəticələrini birləşdirərək M cırtdanların təxminən 6,5% -inin 20 AU içərisində bir və ya daha çox qaz nəhənginə ev sahibliyi etdiyini təxmin etdi. M cırtdanların ətrafında dövr edən qaz nəhəngləri qaz nəhəng planet formasiyası üçün əsas yığılma əmələgəlmə mexanizminə (məsələn, Koshimoto et al. 2014) qarşı bir problem yarada bilər, ancaq rəqib disk sabitliyi mexanizmi üçün deyil (məsələn, Boss 2006).

Nüvələrin yığılmasının M-cırtdanlar ətrafında bir qaz nəhəngi meydana gəlməsi modeli olaraq daha az ehtimal olunduğunu irəli sürən bir iş var, çünki M-cırtdan sistemlərdə nüvənin yığılması daha yavaş işləyir, bu da xarici qaz nəhənginin diskin qeyri-sabitliyi olmadan izah edilməsinin çətin olması deməkdir & # 8212 nüvəsi yığılma qaz nəhənginin formalaşmasına kifayət qədər vaxt vermir. Alan Boss bu səhər bir e-poçtla problemə daha dolğun girəcək qədər mehriban idi:

Aşağı kütləli ulduzlar ətrafında qaz nəhənglərinin nüvələrin yığılması ilə edilməsi üçün klassik problem, bu qədər kütləli ulduzlar üçün müəyyən bir məsafədə orbital dövrlərin daha uzun olmasıdır. Çarpışmalardan əvvəl nüvələrin yığılması üçün bir çox orbital dövr keçməlidir, bu da nüvələri meydana gətirəcək qədər böyüməyə səbəb olur və orbital dövr kifayət qədər uzun olduqda, toqquşmalar disk qazının protostarlara yığılması ilə paylanmadan nüvələrin böyüməsi üçün kifayət qədər sürətlə davam edə bilməz. disk küləkləri və ya foto buxarlanma və s.

Bütün bunlar TRAPPIST-1 ətrafında tapılan qaz nəhənglərini ehtimal ki, diskdəki qeyri-sabitliyin nəticəsi edəcəkdir. Astrometrik metodlardan istifadə edərək ulduz üzərində əlavə işlər davam edir və nəticədə bizə qəti bir cavab verə bilməlidir. Komanda, "& # 8230diferensial xromatik qırılma və zamanla dəyişə biləcək bütün optik sistemin təhrifləri səbəb olduğu sistematik səhvlərin mənbələrini azaltmaq məqsədi ilə" inkişaf etdirməyə çalışır.

Məqalə Boss və digərləri, "TRAPPİST-1 Planet Sistemindəki Uzun Dövrlü Qaz Nəhəng Planetlərinin Kütlələrindəki Astrometrik Məhdudiyyətlər" Astronomik Jurnal Cild 154, No 3 (23 Avqust 2017). Abstract / preprint.

Bu giriş haqqında şərhlər bağlıdır.

Xatırladım ki, dinamik tədqiqatlar qaz nəhənglərinin TRAPPIST-1-də gördüyümüz sıx sıxılmış, çox rezonanslı konfiqurasiyaları pozmağa meylli olduğunu tapır. Elədirsə, bu başqa bir səbəb verir yox TRAPPIST-1 ətrafında qaz nəhənglərinin olmasını gözləmək.

Həqiqətən, buna görə də bəziləri orta ölçülü planetlərin bu cür kompakt sistemlərini & # 8216anti-Jovian & # 8217 sistemləri adlandırırlar.

Doesn’t this sound like it ought to be the other way around: “There are no planets larger than 4.6 times Jupiter’s mass orbiting the star with a period of one year, and no planets larger than 1.6 times Jupiter’s mass orbiting the star with 5 year periods”? I would have thought that a further away planet (i.e. with a 5-year period) would be harder to rule out than a nearer one (with a 1-year period), and so while you might be able to rule out a nearby gas giant all the way down to 1.6 m_J, the further-out possibilities could only be constrained to be no bigger than 4.6 m_J. Could someone explain why it’s this way around?

Yes, I’m wondering about this, too!

This is an astrometric study, which is sensitive to the size of the sky-projected orbit (in this case, the reflex orbit of the star around the centre-of-mass). This means that objects on wide orbits are easier to detect than close-in ones, provided the orbital period is not too long relative to the timespan of the observations.

This contrasts with the radial velocity method, which is sensitive to the orbital velocity and therefore to close-in orbits (objects on smaller orbits move faster and thus give a larger radial velocity signal) and the transit method which requires that the orbit is sufficiently-well aligned to pass across the disc of the star, which is less probable the further out the object is orbiting.

Thanks – I did realise that the observation method relied on the periodic changes in the star’s position, but I would have thought that surely, for a given mass of planet, a closer orbit would create a bigger tug on the star and cause the star’s orbit around the pair’s center of mass to be wider, thus easier to detect. (Clearly a position further away makes the *planet’s* orbit bigger, and makes the period of the star’s wobbling greater, but I can’t see how it makes the size of the star’s orbit about the center of mass larger…)

The barycenter distance to both bodies increases as the distance between the bodies increases.

Now it makes sense. I should have got it before. While the gravitational force between the star and the planet is less when the planet is further out, their centre of mass is further out and since it’s this that the star revolves around, the star’s periodic motion is easier to detect. Thanks Ron and Andy.

I wouldn’t say easier. As the orbital radius increases the orbital period increases. Thus the velocity and period of the gravitational acceleration decreases, and rapidly at that. There are tremendous technical challenges to be overcome to isolate and verify the signal.

Oops. I meant to say the velocity decreases and the period increases.

Yes, I have to say thanks to you guys, too, as my thinking waa along the same lines.

Astrometric data from GAIA should give us the answer in just a few years.

I wonder if radial velocity measurements of Trappist-1 have been made? Surely if there are massive gas giants orbiting within a few AU of the star then astronomers would have detected the periodic light shifts.

They would have to be made in the infra-red. Optical RV is IMPOSSIBLE with this star because of its EXTREME “redness” and faintness! Currently IR spectrographs are FAR LESS SENSITIVE than optical ones. ALSO: A planet orbiting TRAPPIST-1 at 1 AU takes ALMOST AS LONG to complete an orbit as Jupiter does. A Jupiter-like planet in a Jupiter-like orbit would take ALMOST A CENTURY to complete an orbit.

That’s a bit of an exaggeration in terms of how long the orbits would take. Orbital period at 1 AU for total mass of 0.0802*m_sun+m_jupiter is about 3.5 years (Jupiter’s orbital period is 11.8 years), whereas the orbital period at 5.2 AU is about 41.6 years.

It wasn’t that long ago that all we saw were gas giants–and we ached for smaller worlds.

I’m liking the fact that has been reversed )

Paul Gilster: Could you check this out for me: Steinn Sigurdsson posted this VERY INTREGUING TWEET recently. Dr. Rodrego Luger, University of Washington “Probing the TRAPPIST-1 System with planet-planet occultations&#[email protected]#PSUAstro Seminar. What intregues me is that he used the word “WITH” instead of “for”. Has he found any? Keep in mind that a P-PO is where two planets are transiting at the same time, AND THEN, one planet ECLIPSES the other! If you could find and then post the DATE of the seminar, I would appreciate it. Təşəkkürlər.

Entirely theoretical at this point, from what I can tell, though if I hear anything more, I’ll pass it along. Have asked Dr. Sigurðsson,


Could TRAPPIST-1’s seven Earth-like planets have gas giant siblings?

Caption: An artist’s conception of the TRAPPIST-1 planetary system courtesy of NASA/JPL-Caltech.

New work from a team of Carnegie scientists (and one Carnegie alumnus) asked whether any gas giant planets could potentially orbit TRAPPIST-1 at distances greater than that of the star’s seven known planets. If gas giant planets are found in this system’s outer edges, it could help scientists understand how our own Solar System’s gas giants like Jupiter and Saturn formed.

Earlier this year, NASA’s Spitzer Space Telescope thrilled the world as it revealed that TRAPPIST-1, an ultra-cool dwarf star in the Aquarius constellation, was the first-known system of seven Earth-sized planets orbiting a single star. Three of these planets are in the so-called habitable zone—the distance from the central star at which liquid water is most likely to be found.

But it’s possible that like our own Solar System, TRAPPIST-1 is also orbited by gas giant planets at a much-greater distance than the Earth-sized planets that we already know are part of the system.

“A number of other star systems that include Earth-sized planets and super-Earths are also home to at least one gas giant,” said Carnegie’s Alan Boss, who is first author on the team’s paper, published by The Astronomical Journal. “So, asking whether these seven planets have gas giant siblings with longer-period orbits is an important question.”

To begin answering, Boss turned to the ongoing planet-hunting survey he co-runs with Carnegie co-authors Alycia Weinberger, Ian Thompson, and others. They have a special instrument on the du Pont telescope at Carnegie’s Las Campanas Observatory called the CAPSCam—the Carnegie Astrometric Planet Search Camera. It searches for extrasolar planets using the astrometric method, by which a planet’s presence can be detected indirectly through the wobble of the host star around the stellar system’s center of mass.

Using CAPSCam, Boss and his colleagues—including Carnegie’s Tri Astraatmadja and Guillem Anglada-Escudé, a former Carnegie fellow now at Queen Mary University of London—determined the upper limits for the mass for any potential gas giant planets in the TRAPPIST-1 system. They found that there are no planets larger than 4.6 times Jupiter’s mass orbiting the star with a period of 1 year, and no planets larger than 1.6 times Jupiter’s mass orbiting the star with 5-year periods. (These periods might not seem very long in comparison to Jupiter’s nearly 12-year period, but TRAPPIST-1’s seven known planets have periods ranging from 1.5 to 20 days.)

“There is a lot of space for further investigation between the longer-period orbits we studied here and the very short orbits of the seven known TRAPPIST-1 planets,” added Boss.

If long-period gas giant planets are found in the TRAPPIST-1 system, then it could help resolve a longstanding debate about the formation of our own Solar System’s gas giant planets.

All seven TRAPPIST-1 planets could easily fit inside the orbit of Mercury, our own Solar System’s innermost planet. Alan Boss and his colleagues investigated whether it’s possible that the TRAPPIST-1 system could contain gas giant planets on much longer-period orbits than the seven known terrestrial ones. Image is courtesy of NASA/JPL-Caltech.

In our Sun’s youth, it was surrounded by a disk of gas and dust from which its planets were born. Earth and the other terrestrial planets were formed by the slow accretion of rocky material from the disk. One theory for gas giant planet formation contends that they also begin by the accretion of a solid core, which eventually contains enough material to gravitationally attract a large envelope of surrounding gas.

The competing theory holds that our own gas giant planets formed when the Sun’s rotating disk of gas and dust took on a spiral arm formation. The arms increased in mass and density until distinct clumps formed and rapidly coalesced into baby gas giants.

One drawback of the first option, called core accretion, is that it can’t easily explain how gas giant planets form around a star as low in mass as TRAPPIST-1, which is twelve times less massive than the Sun. However, Boss’s computational models of the second theory, called disk instability, have indicated that gas giant planets could form around such red dwarf stars.

“Gas giant planets found on long-period orbits around TRAPPIST-1 could challenge the core accretion theory, but not necessarily the disk instability theory,” Boss explained.


TRAPPIST-1 planets provide clues to the nature of habitable worlds

TRAPPIST-1 is an ultra-cool red dwarf star that is slightly larger, but much more massive, than the planet Jupiter, located about 40 light-years from the Sun in the constellation Aquarius.

Among planetary systems, TRAPPIST-1 is of particular interest because seven planets have been detected orbiting this star, a larger number of planets than have been than detected in any other exoplanetary system. In addition, all of the TRAPPIST-1 planets are Earth-sized and terrestrial, making them an ideal focus of study for planet formation and potential habitability.

ASU scientists Cayman Unterborn, Steven Desch, and Alejandro Lorenzo of the School of Earth and Space Exploration, with Natalie Hinkel of Vanderbilt University, have been studying these planets for habitability, specifically related to water composition. Their findings have been recently published in Təbiət Astronomiyası.

Water on the TRAPPIST-1 Planets

The TRAPPIST-1 planets are curiously light. From their measured mass and volume, all of this system's planets are less dense than rock. On many other, similarly low-density worlds, it is thought that this less-dense component consists of atmospheric gasses.

"But the TRAPPIST-1 planets are too small in mass to hold onto enough gas to make up the density deficit," explains geoscientist Unterborn. "Even if they were able to hold onto the gas, the amount needed to make up the density deficit would make the planet much puffier than we see."

So scientists studying this planetary system have determined that the low-density component must be something else that is abundant: water. This has been predicted before, and possibly even seen on larger planets like GJ1214b, so the interdisciplinary ASU-Vanderbilt team, composed of geoscientists and astrophysicists, set out to determine just how much water could be present on these Earth-sized planets and how and where the planets may have formed.

Calculating water amounts on TRAPPIST-1 planets

To determine the composition of the TRAPPIST-1 planets, the team used a unique software package, developed by Unterborn and Lorenzo, that uses state-of-the-art mineral physics calculators. The software, called ExoPlex, allowed the team to combine all of the available information about the TRAPPIST-1 system, including the chemical makeup of the star, rather than being limited to just the mass and radius of individual planets.

Much of the data used by the team to determine composition was collected from a dataset called the Hypatia Catalog, developed by contributing author Hinkel. This catalog merges data on the stellar abundances of stars near to our Sun, from over 150 literature sources, into a massive repository.

What they found through their analyses was that the relatively "dry" inner planets (labeled "b" and "c" on this image) were consistent with having less than 15 percent water by mass (for comparison, Earth is 0.02 percent water by mass). The outer planets (labeled "f" and "g" on this image) were consistent with having more than 50 percent water by mass. This equates to the water of hundreds of Earth-oceans. The masses of the TRAPPIST-1 planets continue to be refined, so these proportions must be considered estimates for now, but the general trends seem clear.

"What we are seeing for the first time are Earth-sized planets that have a lot of water or ice on them," says ASU astrophysicist and contributing author, Steven Desch.

But the researchers also found that the ice-rich TRAPPIST-1 planets are much closer to their host star than the ice line. The "ice line" in any solar system, including TRAPPIST-1's, is the distance from the star beyond which water exists as ice and can be accreted into a planet inside the ice line water exists as vapor and will not be accreted. Through their analyses, the team determined that the TRAPPIST-1 planets must have formed much farther from their star, beyond the ice line, and migrated in to their current orbits close to the host star.

There are many clues that planets in this system and others have undergone substantial inward migration, but this study is the first to use composition to bolster the case for migration. What's more, knowing which planets formed inside and outside of the ice line allowed the team to quantify for the first time how much migration took place.

Because stars like TRAPPIST-1 are brightest right after they form and gradually dim thereafter, the ice line tends to move in over time, like the boundary between dry ground and snow-covered ground around a dying campfire on a snowy night. The exact distances the planets migrated inward depends on when they formed. "The earlier the planets formed," says Desch, "the further away from the star they needed to have formed to have so much ice." But for reasonable assumptions about how long planets take to form, the TRAPPIST-1 planets must have migrated inward from at least twice as far away as they are now.

Too much of a good thing

Interestingly, while we think of water as vital for life, the TRAPPIST-1 planets may have too much water to support life.

"We typically think having liquid water on a planet as a way to start life, since life, as we know it on Earth, is composed mostly of water and requires it to live," explains Hinkel. "However, a planet that is a water world, or one that doesn't have any surface above the water, does not have the important geochemical or elemental cycles that are absolutely necessary for life."

Ultimately, this means that while M-dwarf stars, like TRAPPIST-1, are the most common stars in the universe (and while it's likely that there are planets orbiting these stars), the huge amount of water they are likely to have makes them unfavorable for life to exist, especially enough life to create a detectable signal in the atmosphere that can be observed. "It's a classic scenario of 'too much of a good thing,'" says Hinkel.

So, while we're unlikely to find evidence of life on the TRAPPIST-1 planets, through this research we may gain a better understanding of how icy planets form and what kinds of stars and planets we should be looking for in our continued search for life.


Could TRAPPIST-1's Seven Earth-size Planets Have Gas Giant Siblings?

New work from a team of Carnegie scientists (and one Carnegie alumnus) asked whether any gas giant planets could potentially orbit TRAPPIST-1 at distances greater than that of the star's seven known planets.

If gas giant planets are found in this system's outer edges, it could help scientists understand how our own solar system's gas giants like Jupiter and Saturn formed.

Earlier this year, NASA's Spitzer Space Telescope thrilled the world as it revealed that TRAPPIST-1, an ultra-cool dwarf star in the Aquarius constellation, was the first-known system of seven Earth-sized planets orbiting a single star. Three of these planets are in the so-called habitable zone -- the distance from the central star at which liquid water is most likely to be found.

But it's possible that like our own solar system, TRAPPIST-1 is also orbited by gas giant planets at a much-greater distance than the Earth-sized planets that we already know are part of the system.

"A number of other star systems that include Earth-sized planets and super-Earths are also home to at least one gas giant," said Carnegie's Alan Boss, who is first author on the team's paper, published by The Astronomical Journal. "So, asking whether these seven planets have gas giant siblings with longer-period orbits is an important question."

To begin answering, Boss turned to the ongoing planet-hunting survey he co-runs with Carnegie co-authors Alycia Weinberger, Ian Thompson, and others. They have a special instrument on the du Pont telescope at Carnegie's Las Campanas Observatory called the CAPSCam -- the Carnegie Astrometric Planet Search Camera. It searches for extrasolar planets using the astrometric method, by which a planet's presence can be detected indirectly through the wobble of the host star around the stellar system's center of mass.

Using CAPSCam, Boss and his colleagues -- including Carnegie's Tri Astraatmadja and Guillem Anglada-Escudé, a former Carnegie fellow now at Queen Mary University of London -- determined the upper limits for the mass for any potential gas giant planets in the TRAPPIST-1 system. They found that there are no planets larger than 4.6 times Jupiter's mass orbiting the star with a period of 1 year, and no planets larger than 1.6 times Jupiter's mass orbiting the star with 5-year periods. (These periods might not seem very long in comparison to Jupiter's nearly 12-year period, but TRAPPIST-1's seven known planets have periods ranging from 1.5 to 20 days.)

"There is a lot of space for further investigation between the longer-period orbits we studied here and the very short orbits of the seven known TRAPPIST-1 planets," added Boss.

If long-period gas giant planets are found in the TRAPPIST-1 system, then it could help resolve a longstanding debate about the formation of our own solar system's gas giant planets.

In our Sun's youth, it was surrounded by a disk of gas and dust from which its planets were born. Earth and the other terrestrial planets were formed by the slow accretion of rocky material from the disk. One theory for gas giant planet-formation contends that they also begin by the accretion of a solid core, which eventually contains enough material to gravitationally attract a large envelope of surrounding gas.

The competing theory holds that our own gas giant planets formed when the Sun's rotating disk of gas and dust took on a spiral arm formation. The arms increased in mass and density until distinct clumps formed and rapidly coalesced into baby gas giants.

One drawback of the first option, called core accretion, is that it can't easily explain how gas giant planets form around a star as low in mass as TRAPPIST-1, which is twelve times less massive than the Sun. However, Boss's computational models of the second theory, called disk instability, have indicated that gas giant planets could form around such red dwarf stars.

"Gas giant planets found on long-period orbits around TRAPPIST-1 could challenge the core accretion theory, but not necessarily the disk instability theory," Boss explained.

Reference: "Astrometric Constraints on the Masses of Long-Period Gas Giant Planets in the TRAPPIST-1 Planetary System," Alan P. Boss et al., 2017 Sept., Astronomical Journal [http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aa84b5, preprint: https://arxiv.org/abs/1708.02200].

The CAPSCam astrometric planet search program is supported by the David W. Thompson Family Fund. The development of the CAPSCam camera was funded, in part, by the National Science Foundation.


Videoya baxın: TRAPPIST-1 SPACE ENGINE (Dekabr 2021).